环形激光传感器

这种微型激光传感器属于一种回音廊式共振传感器，由硅玻璃制造。工作原理就像英国圣保罗大教堂里著名的回音廊，一边的人对着廊壁说话，另一边的人就能听到。但与回音廊不同的是，这种传感器共振的不是声波而是光波。

激光器由底座支起一个"频率衰减模"(环路中激光发射的模式或形状)，两束激光以相同频率、相反方向围绕环形光路传播。模场中有一个"短暂尾迹"透过环表面，探测着周边环绕的介质。当一个微粒落在激光环上，就会使一个光模中的能量分散到另一个光模中，从而使两个光模的共振频率略有不同，使光模发生分裂，一束激光就分裂为频率不同的两束，将它们导入光电探测器，会由于频率的不同而产生一种"打击频率"，从而分别测得两束激光的频率。

"由于微型传感激光器是用溶胶的方法在硅晶片生产，增益介质很容易改变，所以能大量生产。"论文第一作者、华盛顿大学圣路易斯分校电学与系统工程系研究生何丽娜(音译)说，"人们可以选择性地混合稀土离子，加入四乙氧基硅烷溶液、水或盐酸，加热它们直到变得黏稠，然后旋转覆盖在硅晶片上，退火后清除溶剂，就形成了完整的非结晶玻璃。再用蚀刻方法把薄薄的玻璃膜制成硅光盘，在下面用硅柱支撑。最后，通过激光退火处理，使粗糙的硅光盘变成光滑的环形共振腔。"

在早期的研究中，研究小组用普通的玻璃环作为波导，实验模分裂，并使入射光获得增益。但这种环路是被动的，外部激光必须用昂贵的可调激光，才能涵盖检测模分裂所要求的频率范围。

新型共振传感器本身就是一个微型激光器，而不仅仅是外部激光的共振腔。虽然也用玻璃制成，但掺杂了稀土原子作为"增益介质"。当外部光源达到激发态时，共振环就开始以自身更纯的频率发射激光。

"用于感测的光是共振器本身从内部产生，所以比被动式传感器更加纯净。如果光不纯，就无法看到微小的频率变化。但主动传感激光器只有一个频率，是真正的窄线宽，所以它更加敏感。"领导该研究的该校电学与系统工程副教授杨兰(音译)说，"新型激光环的敏感性比原来被动传感器要高出好几个数量级，有效分辨率达到1纳米。环路传播的方式也让整个系统更加简单融洽。现在你只需一个光源来激发光介质，因此能用上一种廉价的激光二极管，而不是昂贵的可调激光。"

当科学研究深入到纳米领域，由于目标太小难以精确计量，会让实验变得难以控制。日前，美国华盛顿大学科学家开发出一种比针尖还要小的环形激光传感器，能精确探测单个病毒、形成云的微尘颗粒以及空气中的污染物。改变传感器中的"增益介质"，还能用于探测水中甚至血液中的微粒。该研究发表在6月26日的《自然·纳米技术》网站上。